CN104704223A - 用于操作内燃发动机的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种内燃发动机（1）具有蓄压器（20）、高压泵（22）、可控制的致动器和具有纵向轴线的可旋转地安装的凸轮轴（27）。高压泵（22）包括缸室和可移动地布置在缸室中的泵活塞（31）。泵活塞（31）被至少间接地支撑在凸轮轴（27）上，从而取决于凸轮轴（27）的旋转而影响缸室的开放容积。高压泵（22）的缸室被至少间接地液压联接至蓄压器（20），以便将流体泵入蓄压器（20）。致动器被设计并布置以驱动凸轮轴（27），使得凸轮轴（27）以特定的角度范围围绕凸轮轴纵向轴线旋转到第一方向或者旋转到相反的第二方向。方法具有下列步骤：在预期的发动机启动之前的特定的时间周期期间，高压泵（22）被控制，使得高压泵处于自吸操作状态，并且致动器被控制，使得凸轮轴（27）以特定的角度范围围绕凸轮轴纵向轴线至少一次旋转到第一方向并且至少一次旋转到第二方向。

Description

用于操作内燃发动机的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于操作内燃发动机的方法和设备。

背景技术

现代机动车辆具备带有直接燃料喷射的内燃发动机，其中燃料直接以高压喷射到燃烧室中，或者在多缸内燃发动机的情况下，被喷射到多个燃烧室中。这种直接燃料喷射需要燃料供给设备，其在所有操作状态下提供加压燃料。所述燃料供给设备的元件包括高压泵，其赋予燃料所需的压力水平，以及蓄压器（压力轨），燃料以高压存储于其中并且燃料从其中被供给至喷射阀。

作为汽车制造商为了进一步降低燃料消耗和机动车辆的排放量所作出的努力的一部分，新的车辆功能已被开发诸如，例如，自动启动-停止功能，借此内燃发动机能够被自动关闭，而无需机动车辆驾驶员的干预，并且能够被自动重启，例如通过被踩下的油门或离合器踏板，而不用必须操作点火钥匙或启动按钮。在这种情况下，特别是在其中内燃发动机的驱动力不是必需的相对长的空转阶段中，内燃发动机的关闭被执行。通过这种方式，特别是在交通信号处的多次停滞的市内交通中，能够实现显著的燃料节省。

在启动燃料喷射系统的内燃发动机时，燃料必须处于足够高的压力下。通常，不但在相对长的关闭阶段之后而且在较短的关闭阶段之后，在启动发动机时最初必须通过机械联接至发动机的高压泵产生足够高的压力。在启动阶段期间，机动车辆的发动机通过机动车辆的启动器被驱动，而无需燃烧，直至达到设定点的喷射启用压力。可以期望的是，由于针对颗粒排放量的更严格的限制值，该设定点的喷射启用压力未来将会进一步被增加。

发明内容

本发明的目的在于说明一种用于操作内燃发动机的方法和设备，该方法和设备有利于改善内燃发动机的发动机启动能力。

该目的通过独立专利权利要求的特征来实现。本发明的有利改进表征在从属权利要求中。

本发明以一种用于操作内燃发动机的方法和相应的设备为特征。所述内燃发动机具有蓄压器、高压泵、可控制的致动器和具有纵向轴线的可旋转地安装的凸轮轴。所述高压泵包括缸室和泵活塞，所述泵活塞能够移动地布置在所述缸室中。所述泵活塞被至少间接地支撑在所述凸轮轴上，由此以取决于所述凸轮轴的旋转的方式影响所述缸室的自由容积，所述高压泵的缸室被至少间接地液压联接至所述蓄压器，以便将流体递送至所述蓄压器内。所述致动器被设计并布置以驱动所述凸轮轴，使得所述凸轮轴以预定的角度范围围绕其纵向轴线在第一方向上或者在相反的第二方向上旋转。在此情况下，所述方法包括下列步骤：在预期的发动机启动之前的预定的时间周期期间，所述高压泵被启用，从而采取自吸操作状态，并且所述致动器被启用，使得所述凸轮轴以所述预定的角度范围围绕其纵向轴线在所述第一方向上至少旋转一次并且在所述第二方向上至少旋转一次。

这有利地使得可以借助于所述致动器使所述凸轮轴乃至所述凸轮轴中的至少一个驱动凸轮旋转，使得所述高压泵被驱动，即使在预期的发动机启动之前。在这种情况下，所述凸轮轴中的所述至少一个驱动凸轮被来回旋转，所述泵活塞被至少间接地支撑在所述至少一个驱动凸轮上。通过这种方式，所述泵活塞在缸室中进行抽吸和泵送行程运动。所述泵活塞的抽吸和泵送行程运动允许通过所述高压泵进行流体递送，特别是燃料递送，并由此允许在发动机启动之前的所述蓄压器中积聚压力。所述高压泵优选被设计为使得采用合适的启用，它能够采取一种自吸操作状态。这使得所述高压泵可以非常快速地呈现出一种操作状态，并且以一种有效的方法可使用。此外，这使得所述高压泵可以赋予完整的递送动作，而无需凸轮轴和曲轴的同步。所述高压泵可以被设计为当断电时就被关闭的泵，或者被设计为当断电时就被开启的泵。在所述高压泵被设计为当断电时就被关闭的泵的情况下，所述高压泵被操作而无需电流。在所述高压泵被设计为一种当断电时就被开启的泵的情况下，所述高压泵采用永久电流被操作，类似于在发动机的主动操作状态下高压泵的正常操作。预期的发动机启动可以按照取决于开启车辆驾驶员的门和/或取决于占用座椅的方式而被检测。在自动启动-停止功能存在时，所述预期的发动机启动能够以取决于平均短期关闭持续时间的方式被确定。所述蓄压器中以积聚压力为目的的凸轮轴的旋转能够以取决于所确定的预期的发动机启动的方式开始。当发动机的实际启动已经发生时，所述蓄压器中的压力因而能够表现出所期望的数值。这特别有利于机动车辆，其中介于车辆驾驶员所期望的发动机启动和/或车辆控制的发动机启动（例如针对发动机的启用信号在每一种情况下在此处产生）与燃烧室中燃烧的实际启动之间的时间周期能够被缩短。即使在设定点的喷射启用压力增加的情况下，也可以通过在预期的发动机启动之前积聚压力来保持蓄压器的尺寸而不减慢发动机的启动能力。在其它零件（例如正压阀和喷射器）的品质要求增加的情况下，蓄压器尺寸的减小能够被省去。

在一个有利的改进中，所述预定的时间周期紧接于预期的发动机启动之前。其优势在于，已经积聚的压力不必保持相对长的时间，和/或颗粒排放量能够被减少，和/或燃料系统中可能的泄漏能够被忍受。

在另一个有利的改进中，在所述预定的时间周期期间，所述致动器被启用，使得所述凸轮轴在每一种情况下均以所述预定的角度范围围绕其纵向轴线数次地最初在所述第一方向上旋转并且随后在所述第二方向上旋转，直至在所述蓄压器中达到预定的喷射启用压力。这使得可以认识到，喷射启用压力在发动机启动时就已经实现，并且当发动机达到第一上止点时，喷射已经能够开始。

在另一个有利的改进中，所述内燃发动机具有可变阀驱动器并且所述凸轮轴被联接至所述内燃发动机的燃烧室的进气阀和/或出气阀，并且所述致动器被布置并设计以通过驱动和/或调节所述凸轮轴来控制所述进气阀或出气阀的开启和/或关闭时间。因此，这有利地使得所述致动器可以用于可变阀驱动器并且被用作高压泵驱动器。因为仅在发动机已被启动时致动器被用于所述可变阀驱动器，所以所述可变阀驱动器的操作性被保持。

在另一个有利的改进中，所述可变阀驱动器包括电动可变阀驱动器。所述可变阀驱动器可能具有电动致动器。这有利地使得所述凸轮轴在发动机处于停止状态时可以非常容易地被旋转和/或被驱动。

在另一个有利的改进中，所述高压泵包括数字切换的高压泵。这有利地允许迅速积聚压力。运动的两个方向都能够用于积聚压力，因为压力的积聚与旋转的各个方向无关。

附图说明

根据下面的示意图将更加详细地说明本发明的有利实施方案，其中：

图1是内燃发动机的示例性示意图，

图2显示了高压泵在纵向截面上的示意性局部视图，和

图3显示了蓄压器中的轨压和曲轴信号相对于时间的曲线。

等同设计或功能的元件在所有附图中由相同的附图标记来标注。

具体实施方式

内燃发动机1至少包括一个缸2和一个在缸2中可上下移动的活塞3。内燃发动机1还包括进入管道40，其中空气质量传感器5、节流阀6、吸入管7和可控制的进气冷却器60被布置在用于新鲜空气进入的进入开口4的下游。在这种情况下，进气冷却器60可以具有水式冷却装置或空气式冷却装置。进入管道40通向由缸2和活塞3界定的燃烧室30。燃烧所需的新鲜空气经由进入管道40被引入到燃烧室30中，其中新鲜空气的供给通过打开和关闭进气阀8来控制。这里显示的内燃发动机1是带有直接燃料喷射的内燃发动机1，其中燃烧所需的燃料通过喷射阀9被直接喷射到燃烧室30中。类似地伸入燃烧室30的火花塞10用于触发燃烧。燃烧排气通过出气阀11被排出到内燃发动机1的排出管线16中，并通过被布置在排出管线16中的催化转化器12被纯化。

通向传动系统（未显示）的动力传输经由曲轴13来进行，该曲轴13被联接至活塞3并且通过转速传感器15检测其旋转速度。

内燃发动机1具有可变阀驱动器50，借此进气阀8和出气阀11的正时（开启和关闭时间）能够被单独调节。凸轮轴27（图1中未显示）在每一种情况下被联接至进气阀8和/或出气阀以及曲轴13。例如，内燃发动机1可以具有进气凸轮轴和/或出气凸轮轴。可变阀驱动器50被联接至凸轮轴27和曲轴13，并且至少允许相对于凸轮轴27调节曲轴13的相位。

例如，可变阀驱动器50可以通过可液压调节的凸轮轴（图1中未显示）来实现，借此阀8、11的不同正时通过在具有不同高程曲线的凸轮28之间切换来实现。但是，电动可变阀驱动器也是可能的，其中阀8、11单独被电力驱动。

例如，可变阀驱动器50可以具有被设计并布置用于驱动凸轮轴27的致动器。致动器被设计以驱动凸轮轴27，使得凸轮轴27以预定的角度范围围绕其纵向轴线在第一方向上或者在相反的第二方向上旋转。例如，致动器可以被设计以取决于预定的电脉冲的方式来驱动凸轮轴27。

内燃发动机1还具有燃料供给系统，该燃料供给系统具有被布置在其中的燃料箱17和燃料泵18。燃料通过燃料泵18经由供给管线19、19a被供给至蓄压器20。这种蓄压器是一种常见的蓄压器，加压燃料从其中被供给至针对多个缸2的喷射阀9。燃料过滤器21和高压泵22也被布置在供给管线19中。高压泵22用于供给燃料，该燃料被处于相对低压（大约3 巴）下的燃料泵18递送至处于高压（典型地高达150 巴）下的蓄压器20。

内燃发动机1被分配有控制设备23，该控制设备23经由信号线和数据线被连接至内燃发动机1的所有的致动器和传感器。

至少部分地，图2显示了具有泵壳体25和泵单元25的高压泵22。例如，高压泵22包括数字切换的高压泵。

所显示的泵单元25优选是被常用的驱动轴操作的高压泵22的多个泵单元25中的一个。该驱动轴优选是被联接至进气阀8和/或出气阀11的凸轮轴27。

例如，凸轮轴27被可旋转地安装在泵壳体25中，具有旋转轴线D。在所示的示例性实施方案中，凸轮轴27包括至少一个凸轮28，其中凸轮28也可以是多个凸轮的形式。在图2中所示的示例性实施方式中，凸轮轴27具有两个凸轮28。递送和压缩行程的数目能够通过凸轮28的数目被预定。在这种情况下，递送和压缩行程的数目对应于凸轮28的数目。

泵单元25基本上包括缸壳体26、被布置在缸壳体26中的缸室311、泵活塞31、柱塞29和复位弹簧33。缸壳体26、缸室311、泵活塞31、柱塞29和复原弹簧33优选沿着泵活塞31的纵向轴线L被相对于彼此同轴地布置。

泵活塞31以可轴向移动的方式被安装在缸壳体26的泵活塞引导部分​​32的圆柱形凹部中的缸壳体26的缸室311中，并且被操作性地连接至凸轮轴27。特别地，泵活塞31通过凸轮轴27的凸轮28在相对于凸轮轴27的旋转轴线D的至少大致径向的方向上以往复运动的形式被驱动。泵活塞31在泵活塞引导部分​​32中以可轴向移动的方式被引导，以便在抽吸行程期间，该泵活塞在图2中被引导下行，将燃料从供给管线19经由泵入口阀3112递送至缸室311，同时泵出口阀3117被关闭，在泵送行程期间，该泵活塞在图2中被引导上行，压缩位于缸室311中的燃料并将燃料（如果适当的话）经由泵出口阀3117，以高压排出至通向蓄压器20的供给管线19a中，同时泵入口阀3112被关闭。

图2显示了作为可数字切换的阀的泵入口阀3112的可能的实施方式。它是所谓的断电时开启的阀。通过阀的电动线圈3114，具有阀关闭元件的阀柱塞3116能够抵抗弹簧3115的力而被主动地移动至阀3112的关闭位置，其中燃料不能够从供给管线19进入泵22的缸室311，反之亦然。当线圈3114没有通电时，阀3112位于其开启位置，并且在泵22的抽吸阶段中能够从供给管线19抽取燃料。在自吸操作模式中，在这种入口阀类型的情况下，线圈是不通电的。替代地，不同的阀原理可以被使用，具有相对于自吸操作模式的对应差异。

在所显示的实施方式中，泵22的泵出口阀3117是止回阀3118，在泵的缸室311中存在相应高压时，其允许流体被递送至通向高压蓄压器20的供给管线19a。

图3显示了蓄压器20中的轨压P_rail相对于时间的曲线。

为了在蓄压器20中积聚期望的轨压P_rail，甚至在预期的发动机启动之前的情况是这样的：在预定的时间周期期间，高压泵22被启用以采取自吸操作状态，并且致动器被启用，使得凸轮轴27以预定的角度范围围绕其纵向轴线在第一方向上至少旋转一次并且在第二方向上至少旋转一次。

在图3中所示的实例中，在预定的时间周期期间，致动器被启用，使得凸轮轴27在每一种情况下以预定的角度范围围绕其纵向轴线数次地最初在第一方向上并且随后在第二方向上旋转。这可以被执行，直至在蓄压器20中实现预定的喷射启用压力。

在发动机（例如机动车辆的发动机）被启动之前，凸轮轴27被来回移动，例如通过可变阀驱动器50的至少一个致动器。由于来回移动，轨压P_rail以至少大致阶梯式的方式上升。轨压P_rail相对于时间的曲线代表试验台测量量。例如，在45°的总凸轮轴旋转（在第一方向上22.5°并且在第二方向上返回22.5°）的情况下，轨压P_rail升高了大约7至10巴。在所显示的实施例中，凸轮轴27以75°/s的角速度被旋转。因此，在小于两秒的时间周期内能够实现大于60巴的喷射启用压力。时间周期也取决于高压泵22的设计。

此外，图3显示了曲轴信号CRK相对于时间的曲线，例如，其通过曲轴传感器被检测（分别是，曲轴13为峰值6°，凸轮轴27为3°）。图3还显示了不同方向上旋转运动的相应的阶段。在相应的第一阶段Ph1期间，旋转发生在第一方向上，并且在相应的第二阶段Ph2期间，旋转发生在相反的第二方向上。

Claims (7)

1. 一种用于操作内燃发动机（1）的方法，所述内燃发动机（1）包括蓄压器（20）、高压泵（22）、可控制的致动器和具有纵向轴线的可旋转地安装的凸轮轴（27），其中

- 所述高压泵（22）具有缸室（311）和泵活塞（31），所述泵活塞（31）能够移动地布置在所述缸室（311）中，并且被至少间接地支撑在所述凸轮轴（27）上，由此以取决于所述凸轮轴（27）的旋转的方式影响所述缸室（311）的自由容积，

- 所述高压泵（22）的缸室（311）被至少间接地液压联接至所述蓄压器（20），以便将流体递送至所述蓄压器（20）内，

- 所述致动器被设计并布置以驱动所述凸轮轴（27），使得所述凸轮轴（27）以预定的角度范围围绕其纵向轴线在第一方向上或者在相反的第二方向上旋转，并且其中所述方法包括下列步骤：

- 在预期的发动机启动之前的预定的时间周期期间，所述高压泵（22）被启用，从而采取自吸操作状态，并且所述致动器被启用，使得所述凸轮轴（27）以所述预定的角度范围围绕其纵向轴线在所述第一方向上至少旋转一次并且在所述第二方向上至少旋转一次。

2. 如权利要求1所述的方法，

其中所述预定的时间周期紧接于所述预期的发动机启动之前。

3. 如权利要求1或2所述的方法，

其中，在所述预定的时间周期期间，所述致动器被启用，使得所述凸轮轴（27）在每一种情况下均以所述预定的角度范围围绕其纵向轴线数次地最初在所述第一方向上旋转并且随后在所述第二方向上旋转，直至在所述蓄压器（20）中达到预定的喷射启用压力。

4. 如上述权利要求中任一项所述的方法，

其中所述内燃发动机（1）具有可变阀驱动器（50）并且所述凸轮轴（27）被联接至所述内燃发动机（1）的燃烧室的进气阀（8）和/或出气阀（11），并且所述致动器被布置并设计以通过驱动和/或调节所述凸轮轴（27）来控制所述进气阀（8）或出气阀的开启和/或关闭时间。

5. 如权利要求4所述的方法，

其中所述可变阀驱动器（50）具有电动可变阀驱动器。

6. 如上述权利要求中任一项所述的方法，

其中所述高压泵（22）包括数字切换的高压泵。

7. 一种用于操作内燃发动机（1）的设备，所述设备被设计用于实施如权利要求1至6中任一项所述的方法。